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南昌大学邓泽元、李红艳教授团队：膳食植物化学物抗氧化相互作用分子机制综述

花匠小妙招
2024-11-08 17:47

近日，南昌大学食品学院邓泽元教授团队在国际期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition发表了题为：The synergistic and antagonistic antioxidant interactions of dietary phytochemical combinations的综述文章（https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1888693），该文概述了日常膳食中植物化学物间的抗氧化相互作用及其机制。文章第一作者为南昌大学食品学院博士研究生陈璇，通信作者为邓泽元教授和李红艳教授。

简介

富含水果蔬菜的膳食可以较好地预防慢性疾病如心血管疾病，糖尿病和癌症等。因此，果蔬中的活性物质如植物化学物，维生素和膳食纤维等近年来受到广泛关注。研究发现，膳食摄入全食物如果蔬等，相比结构单一的膳食补充剂更有益于保持健康，预防慢性疾病。这可能源于食物中丰富的活性成分间的协同互作。

目前，植物化学物相互作用的健康效应受到了广泛的关注，然而抗氧化相互作用的具体机制尚不明确，缺少系统性总结。本文综述了膳食植物化学物间抗氧化协同和拮抗作用的研究进展，概述了抗氧化相互作用的研究方法和评价模型，结合植物化学物构效关系，体内外研究的差异总结了抗氧化相互作用机制，讨论了可能应用于相互作用机制研究的新兴方法，并为未来研究方向提供了新视角，期望为精准营养，膳食合理搭配提供理论基础。

抗氧化相互作用的评价方法与模型

植物化学物抗氧化相互作用的评价模型主要有等辐射分析法，联合指数法，直接比较法和响应面分析法等。其中，等辐射分析法和联合指数法综合考虑了植物化学物的浓度和结合比例等因素，提高了评价的准确性，因此得到广泛应用。

目前相互作用的测定方法主要有化学，细胞模型和动物模型等方法。化学方法具有快速，高效等特点，可以高通量筛选有效的组合，但不同方法间的差异如反应环境，或化合物自身的结构对评价的准确性也会产生影响。动物模型可以反映植物化学物在机体内实际的相互作用效果，但也要考虑实验的复杂性和费用高昂的影响。细胞模型兼具了高效和生物相关性的优点，且可以在不同的组织细胞如人脐静脉内皮细胞，肠道细胞中研究相互作用的差异。因此，综合选择测定方法对于抗氧化相互作用评价的准确性十分关键。

体外抗氧化相互作用

许多植物性食物和植物化学物组合通过清除自由基或抑制脂质过氧化协同预防氧化损伤。活性氧是机体细胞呼吸和代谢活动中产生的副产物，它们在调节一系列生理活动相关的通路中起到重要作用。然而当机体累积过多的自由基时，氧化还原平衡被打破，引起氧化应激，持续的不平衡状态最终引发慢性疾病。化学方法如ORAC, DPPH, ABTS,氧自由基清除法等体外模拟抗氧化物自由基清除过程，被广泛应用于相互作用评价。脂质过氧化是机体氧化损伤的重要标志，植物化学物通过阻断自由基链式反应，防止机体富含脂质的结构如细胞膜等发生氧化损伤。共轭二烯测定法或β-胡萝卜素漂白法等常用于体外模拟抗氧化物抑制脂质过氧化的相互作用。

体外模型评价植物化学物相互作用的准确性受许多因素的影响，如测定方法，反应环境（如pH，反应体系均一性等），植物化学物性质（结构，浓度和比例，极性，溶解度）等。我们发现当较多的水溶性植物化学物和较少的脂溶性植物化学物复配时，协同作用更显著。反之，当较多的脂溶性植物化学物和较少的水溶性植物化学物复配时，拮抗作用更显著。

生物相关的抗氧化相互作用

在评价植物化学物的抗氧化相互作用时使用生物相关性更好的模型，如细胞，动物模型或膳食干预模型等，可以综合考虑生物体及其存在的分子生物学机制的影响，模拟植物化学物在体内实际的吸收，代谢和利用等生理活动，基于此得到的相互作用结果可以更精准地指导日常膳食搭配。

果蔬中的植物化学物通过调控氧化还原相关的通路如Nrf2/Keap1/ARE, PI3K/Akt, MAPKs, NF-κB等，协同互作增强活性氧清除能力，提高抗氧化酶（SOD, CAT, GPx等）活性，恢复氧化还原稳态。通过细胞模型可以高效地评价相互作用，但目前的研究仍需要考虑以下问题：a.选择生理水平相关的植物化学物浓度; b.复配的比例要考虑日常膳食中的实际情况; c.深入探究植物化学物如何协同或拮抗调控氧化还原相关的通路。

目前植物化学物的抗氧化相互作用有关的动物或临床试验少见报道，有膳食干预试验表明，植物食物多样性更高的膳食预防DNA氧化损伤效果更好。

抗氧化相互作用机制

目前，基于体外抗氧化作用数据，从化学角度分析植物化学物间的相互作用机制，主要有：1）不同植物化学物之间的还原再生；2）较不活跃的植物化学物牺牲自己，保护其它较活跃的物质；3）形成具有更强抗氧化活性的复合物，如β-胡萝卜素和表儿茶素之间形成了更活跃的复合物；4）不同的植物化学物通过不同的抗氧化机制如清除自由基，抑制脂质过氧化或螯合金属离子等协同增效。

同时，随着复配的比例等发生变化，植物化合物之间的关系可能从协同转变为拮抗作用。拮抗作用可能的机制包括：1) 活性强的物质错误地牺牲自己，还原活性较弱的植物化学物；2) 较活跃的植物化学物被不活跃的物质与自由基形成的氧化性产物氧化；3) 在多相体系中不同极性的植物化学物难以接触产生相互作用等。

体内模型可以更好地反映植物化学物在生物体内的量效关系及对相互作用的影响。从生物相关的角度来看，植物化学物间的抗氧化相互的分子机制可能为：1.植物化学物作用于不同的生物作用靶点或多靶点作用导致的协同效应；2. 植物化学物间相互影响生物可利用度（摄入，吸收和代谢），或增强/减弱在体内的稳定性导致的协同或拮抗作用。

目前，植物化学物相互作用机制，尤其是分子水平上的机制有待进一步研究。相关技术如DNA/RNA微阵列技术，FUSION或营养组学技术等可用于筛选植物化学物组合作用的分子靶点。分子对接等计算机模拟技术可用于从全食物中快速筛选与分子靶点结合的植物化学物，以进一步研究它们对相关通路的调控作用。

展望与结论

植物化学物在自由基清除，延缓脂质过氧化反应，促进细胞增殖，降低活性氧水平，提高细胞抗氧化能力，调控抗氧化相关通路等方面都被证实具有相互作用。然而，目前不同的评价方法间的差异性对抗氧化相互作用的评价准确性产生了较大的影响，因此，建立一个考虑反应环境，生理情况如生物利用率等影响因素的综合模型十分关键。此外，目前仍少见临床或膳食干预实验，应结合营养组学从基因表达变化和效应分子的变化深入探讨植物化学物的相互作用。未来的研究应关注植物化学物之间的相互作用与肠道微生物之间的关系。多酚等植物化学物与肠道微生物之间具有相互调节的作用，维持了机体肠道健康。因此，研究肠道微生物与全食物或植物化学物组合间的相互作用对肠道健康的影响可以进一步阐释全食物的健康效应。探明植物化学物间的相互作用机制可以为设计慢性疾病协同预防配方或膳食提供理论基础。

第一作者简介

陈璇博士研究生

陈璇，南昌大学食品学院营养与食品卫生学博士在读，硕博士期间以第一作者发表英文文章2篇，相关文章发表在Crit Rev Food Sci、J Sci Food Agr等杂志。

通信作者简介

李红艳教授

李红艳，南昌大学食品学院教授，食品科学与技术国家重点实验室固定成员，江西省首批培养类科技创新高层次青年人才，江西省青年井冈学者。南昌大学食品学院副院长，南昌大学国际食品创新研究院副院长。江西省微量元素与健康研究会常务理事，中国抗癌协会肿瘤营养专业委员会营养预防组委员，国家级“营养科技·智慧健康”科技服务团——首批青年科技服务团成员，江西省营养学会理事，江西省食品科学技术学会理事，江西省食品安全地方标准审评委员。先后主持国家自然科学面上基金、青年基金、两项地区基金、中国博士后科学基金特别资助、面上一等资助、食品科学与技术国家重点实验室青年基金、江西省杰出青年人才资助、江西省博士后科学基金面上一等资助、江西省自然科学基金、企业横向等。相关研究成果获江西省技术发明二等奖（第一）、霍英东青年教师二等奖、江西省科技进步二等奖、江西省优秀博士论文等。科研团队获首届江西省创新争先奖、江西省营养学会优秀团队奖。以第一作者/通讯作者在J Agri Food Chem、Food Chem、J of Funct Food等发表SCI文章40余篇，EI文章10余篇，其中2篇ESI高被引论文，2篇J Agri Food Chem封面文章，2篇Food and Funct 封面文章，1篇领跑者5000——中国精品科技期刊顶尖学术论文。

通信作者简介

邓泽元教授

邓泽元，二级教授，博士生导师。现任南昌大学食品科学与技术国家重点实验室副主任。享受国务院特殊津贴，赣鄱英才555工程人才、江西省新世纪百千万人才工程人选，江西省高校中青年学科带头人，首届江西省优秀硕士指导教师，江西省高等学校教学名师，获得教育部优秀中青年教师（支助），江西省主要学科学术与技术带头人，“食品科学”与“营养与食品卫生学”重点学科带头人。现任中国农学会微量元素与食物链分会副理事长，中国粮油学会营养分会副会长，中国营养学会营养转化医学分会副主任委员，江西省微量元素与健康研究会名誉理事长，江西省营养学会理事长；美国化学学会（ACS）会员、国际食品学会（IFT）会员，《食品科学》、《农产品加工学刊》、《食品安全质量检测学报》、《乳业科学与技术》、《南昌大学学报》（理科版）、J of Agri. Food Chem.和J of Food Biochem.编委，中国保健食品评审专家。

该文章《The synergistic and antagonistic antioxidant interactions of dietary phytochemical combinations》于2021年2月22日在线发表于Critical Reviews in Food Science and Nutrition。点击下方阅读原文即可查看文章原文。

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编辑：袁月；责编：张睿梅